作动器是接收控制信号并把电能、液压能或气压能等输入能量转换为机械运动，从而驱动负载动作的机电驱动装置，又称执行器或执行机构。[1] 其输出形式包括直线运动、旋转运动和摆动三类，按能量来源通常分为电动、液压与气动三种。[2] 作动器是自动控制系统与机器人的末端执行环节，在航空航天、工业过程控制、汽车和机器人等领域大量使用。[3]
定义
作动器是自动控制系统中的执行元件，其作用是接收控制器送来的控制信号，将其转换为推力、位移或转矩等机械动作，驱动阀门、挡板等调节机构动作。[4][5] 在过程控制系统中，它由执行机构与调节机构两部分组成：执行机构按控制信号产生推力或位移，调节阀一类调节机构据此改变物料或能量的输送量。[4] 作动器直接安装在生产现场，工作条件有时较为恶劣，其能否正常工作会影响整个自动调节系统的安全与可靠性。[6]
按能源形式，作动器分为电动、气动和液动三大类。电动型取用能源方便、信号传递快、便于集中控制，但结构较复杂；气动型以压缩空气为动力，结构简单、动作平稳、输出推力较大且防火防爆，但动作较慢、不适合远距离传输；液动型输出推力最大、传动平稳、调节精度较高，但结构复杂、造价较高、体积较大且容易泄漏。[7] 按输出位移形式，可分转角型与直线型；按动作规律，可分开关型、积分型与比例型。[7]
原理
作动器一般可以拆成输入部、驱动机构和传动转换机构三部分。输入部接收电能、气压或液压等能量，驱动机构如电机、活塞把能量转变为动力，传动转换机构再把它变成直线、旋转或摆动等需要的运动形式。[2]
电动类作动器常用伺服电机或步进电机作动力源，先把电信号转换为磁场力驱动电机转动，再借助滚珠丝杠、滑移丝杠、齿轮或皮带等部件把转动变成直线运动或夹持动作。[3] 在机电作动器中，伺服电机的旋转运动经变速箱耦合到弧形导螺杆、滚珠螺杆或行星滚柱螺杆，从而输出直线运动；也可采用电机与丝杠机构直接相连、省去齿轮箱的直接驱动形式。[8] 机电作动系统通过控制电动机或电器的运行，直接或间接控制负载运动，实现位置伺服控制。[9]
液压伺服作动器接收控制系统给出的电信号指令，驱动伺服阀调节液压油的流向与流量，推动作动筒内的活塞运动，把液压能转换为直线或旋转的机械能。[10] 位移、载荷等传感器实时检测输出状态并反馈给控制器，构成闭环控制，以实现对位置、速度或力的控制。[10]
发展历程
早期飞机的操纵依靠飞行员的体力，通过连杆与钢索直接驱动舵面。20世纪早期，工程师在机械传动中加入滑轮曲柄组，利用摇臂长度放大操纵力，第一次世界大战中的 SE 5A 双翼飞机就采用了这种设计。[11]
第二次世界大战前后出现了机械液压作动系统。飞行员对控制杆的操作经钢索、连杆传给控制阀，控制阀打开后引入高压液压油推动助力器活塞，输出力放大约6倍；波音707原型机是较早应用这类系统的民用飞机。[11]
20世纪40年代初，洛克希德星座等飞机开始装用液压助力器，当时液压油压力约为1500psi；50年代压力体制提高到3000psi；波音737在60年代推出后，这一技术在民用飞机上逐渐成熟。[11]
1988年，空中客车A320采用电传操纵系统与电液伺服作动器，飞行员的操纵由计算机解算后以电信号传给作动器，作动器再经力矩马达与液压功率放大实现作动筒的线性输出。[11] 2007年，空中客车A380率先采用5000psi压力体制的液压系统，波音787随后采用同一体制；在更高压力下满足同样的输出力，可以把作动器尺寸做得更小。[11]
多电飞机概念推动作动器向电力作动方向发展。美国在20世纪90年代提出用电力系统部分取代液压、气压和机械系统，使次级功率系统统一以电能形式分配，功率电传成为其中的关键技术。[12] 美国以电静液作动器为主的研究始于20世纪70年代初，此后实施了多电飞机计划、电力作动器计划等多个项目。[12] F-35 是第一种把电静液作动器用于初级飞行控制系统的战斗机。[12]
功率电传作动器主要有三种：机电作动器（EMA）、电静液作动器（EHA）和电液伺服泵作动器（ESPA）。EMA 由电动机经机械传动装置直接驱动输出，EHA 则由电动机驱动专用液压泵，为活塞提供液压功率后产生输出。[13]
应用
在飞机上，作动器承担多项功能，包括调整升降舵、方向舵、副翼、襟翼、边条和减速板等飞行控制面，收放起落架，定位发动机进气导叶和反推力装置，以及打开和关闭货舱或武器舱门。[8]
在工业过程控制中，作动器用于化工、石化、模具、食品、医药、包装等行业，按既定指令对阀门、管道、挡板、滑槽、平台等进行定位、起停、开合和回转。[6] 在发电厂中，它用于送风机与一次进风的风门挡板、空气预热风门挡板、烟气调节阀以及球阀和蝶阀控制等场合。[6]
在机器人领域，执行器被视为核心部件，作用相当于机器人的关节与肌肉，直接决定机器人的运动自由度与操控性能。[6]
日常生活中，自动门的开闭机构和机器人手臂的关节也装有作动器。[3] 在汽车上，作动器用于制动系统等部位，以实现动作的精确控制。
局限
机电作动器存在反向间隙、卡死与热管理等问题。相互啮合的齿轮齿或螺纹之间存在间隙，会导致位置不准确，反复磨损还会使间隙进一步加大；当螺杆部件发生干涉或卡死时，作动器可能无法运动。[8]
在高负荷场合，机电作动器的散热比较困难。电机绕组的电阻以及齿轮箱、丝杠机构中的摩擦都会生热，而它无法像集中液压系统那样借助油箱循环和热交换散热，只能就地冷却，可选的方案包括散热器、热管、液体冷却和相变材料。[8]
输出力方面，机电作动器目前也受到限制。大型商用客机的主起落架收放作动器需要超过100000磅力、约45.36吨的负载能力，在这种场合液压作动器具有功率密度优势，更适应恶劣条件下的狭小空间。[8]
此外，卡死之后如何不影响其他通道，仍是电动作动器用于关键舵面时没有完全解决的问题，因此副翼、方向舵和升降舵等部位仍较多采用带液压作动筒的方案。[14] 作为一种相对较新的飞机作动技术，机电作动器在飞机上运行的安全性与可靠性数据也还比较缺乏。[8]
液压与气动方案同样各有短板。传统液压作动依赖中央液压网络，长长的管路增加了重量与空间占用，也提高了泄漏风险，并需要持续消耗能量、对液压油进行冷却；气动方案动作时间较长，不适合远距离传输，控制精度也相对有限。[8][7][6]
参见
参考资料
- 什么是执行器？从基础到有效的使用方法 . ckd.co.jp [引用日期2026-09-29]
- アクチュエーターとは？ 仕組み・種類・用途を解説（アクチュエーター） | 技術情報 | ミネベアミツミ製品サイト . minebeamitsumi.com [引用日期2026-09-29]
- アクチュエーターとは？種類・仕組み・用途を解説｜マイクロモータ製品サイト タキロンシーアイ . cik-ele.com [引用日期2026-09-29]
- 自动化博览_中国科普博览 . kepu.cn [引用日期2026-09-29]
- 执行元件 - 根据来自控制器的控制信息完成对受控对象的控制作用的元件 . baidu.com [引用日期2026-09-29]
- 执行器_百度百科 . baidu.com [引用日期2026-09-29]
- 过程控制系统与应用技术 . cug.edu.cn [引用日期2026-09-29]
- 什么是飞机作动器技术？ - 0:00 什么是飞机作动器技术 . cannews.com.cn [引用日期2026-09-29]
- 机电作动系统发展 . buaa.edu.cn [引用日期2026-09-29]
- 伺服作动器 . baidu.com [引用日期2026-09-29]
- 飞机的“肌肉”——民机主飞控作动系统发展史 . 163.com [引用日期2026-09-29]
- 液压能源集成技术研究概况及发展趋势 . nwpu.edu.cn [引用日期2026-09-29]
- [科普中国]-功率电传 . kepuchina.cn [引用日期2026-09-29]
- document . theses.fr [引用日期2026-09-29]
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最近更新：2026-09-29T11:56:16Z
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